知识篇——球化不良主要原因及控制

 

在(zai)20世纪六(liu)七十年代,生(sheng)产(chan)球(qiu)(qiu)(qiu)墨(mo)(mo)铸铁主要是(shi)(shi)(shi)使用(yong)冲天炉(lu),由于焦炭(tan)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)差(cha)(cha)(块度大、密(mi)度低(di)(di)、固定碳(tan)含(han)量(liang)(liang)低(di)(di)、含(han)硫量(liang)(liang));铁液温度低(di)(di);使用(yong)的(de)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)剂制备的(de)方式不完善(shan);生(sheng)铁的(de)含(han)硫、磷量(liang)(liang)高等,所以生(sheng)产(chan)出的(de)球(qiu)(qiu)(qiu)墨(mo)(mo)铸铁的(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)较差(cha)(cha),球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)不稳定。现(xian)在(zai)生(sheng)产(chan)球(qiu)(qiu)(qiu)墨(mo)(mo)铸铁大都是(shi)(shi)(shi)用(yong)电炉(lu)熔炼(lian),炉(lu)温的(de)高低(di)(di)容(rong)易控(kong)制;生(sheng)铁等原材料的(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)好;球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)剂的(de)种类(lei)多且质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)好,因此球(qiu)(qiu)(qiu)墨(mo)(mo)铸铁的(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)也比较容(rong)易控(kong)制。但是(shi)(shi)(shi)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)不良仍(reng)是(shi)(shi)(shi)球(qiu)(qiu)(qiu)墨(mo)(mo)铸铁生(sheng)产(chan)中的(de)主要缺陷之一。

球化(hua)不(bu)良(liang)表现在(zai)铸(zhu)件断口(kou)上(shang)(一般多观察浇冒口(kou)断口(kou)),有(you)大(da)块黑斑或明显(xian)可见的(de)小黑点(dian);敲击铸(zhu)件发出的(de)声音不(bu)清脆;金(jin)相显(xian)微组(zu)织上(shang)有(you)较多的(de)厚(hou)片(pian)状(zhuang)(zhuang)石(shi)墨,有(you)少量球状(zhuang)(zhuang)、团状(zhuang)(zhuang)石(shi)墨,或枝(zhi)晶石(shi)墨(有(you)时球化(hua)不(bu)良(liang)在(zai)金(jin)相上(shang)还有(you)一个(ge)特征,即在(zai)厚(hou)片(pian)状(zhuang)(zhuang)石(shi)墨丛中,个(ge)别球状(zhuang)(zhuang)石(shi)墨反(fan)而还很圆整)。

产生(sheng)球(qiu)化不良的原因,总的来讲皆由(you)以下三大类因素(su)所(suo)影响:残(can)留(liu)镁量(liang)或(huo)稀(xi)土量(liang)过(guo)低(但(dan)稀(xi)土含(han)量(liang)过(guo)高时,则(ze)石墨(mo)圆整度变差,铸件易(yi)产生(sheng)白口及缩松);孕育(yu)作用不强或(huo)衰退;干扰(rao)元素(su)过(guo)高。

但在实际生(sheng)产(chan)过(guo)程(cheng)中(zhong),产(chan)生(sheng)球化不良的因素很多(duo),有技(ji)术上(shang)的问题(ti)、有操作(zuo)上(shang)的问题(ti)、也有管(guan)理上(shang)的问题(ti)。

1、球化剂质量差

球(qiu)(qiu)化剂中Mg、RE含(han)(han)量经化验虽达到质(zhi)(zhi)量要求,但因熔炼技术(shu)不佳,含(han)(han)MgO较高(gao)(球(qiu)(qiu)化剂中含(han)(han)MgO>1%,对球(qiu)(qiu)化质(zhi)(zhi)量就(jiu)可能有影响),MgO对提高(gao)球(qiu)(qiu)化质(zhi)(zhi)量几乎没有作用,反而使球(qiu)(qiu)墨铸铁易产生夹渣缺陷;球(qiu)(qiu)化剂里含(han)(han)Ca等元素少,球(qiu)(qiu)化处理时(shi)反应激烈,Mg烧损(sun)较多。

防止措(cuo)施:不(bu)使用质量差的球化剂(要对供应(ying)商、生产(chan)厂家进(jin)行考察,先少量购进(jin),试用后再批量购买)。球化剂放置时间过(guo)长,易(yi)受潮氧化。

2、炉前球化处理操作不当

球(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)倒入铁(tie)(tie)液(ye)(ye)包堤(di)坝挖坑里(li)后,未(wei)(wei)摊平拍实;表面覆(fu)盖物少,或覆(fu)盖层薄,或未(wei)(wei)填满球(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)块缝隙,冲入铁(tie)(tie)液(ye)(ye)后,不仅外露球(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)马(ma)上熔(rong)化(hua)(hua)反应,同时铁(tie)(tie)液(ye)(ye)大(da)量进入球(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)块缝隙里(li),直接熔(rong)化(hua)(hua)球(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)或把球(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)冲起(qi)漂(piao)浮铁(tie)(tie)液(ye)(ye)表面,反应过早过快,Mg烧损较(jiao)多(duo)。

防(fang)止(zhi)措施:把倒入包底凹坑(keng)里的(de)球(qiu)化剂(ji)摊平(ping)、适当舂实,再(zai)把上面(mian)覆盖的(de)孕育硅铁(tie)摊平(ping)并适当舂实,表(biao)面(mian)覆盖适当量的(de)球(qiu)墨铸铁(tie)屑(舂实)或(huo)一(yi)(yi)定(ding)厚(hou)度(du)的(de)球(qiu)墨铸铁(tie)板(ban)。这样不仅把合金的(de)缝隙填满,且有一(yi)(yi)定(ding)厚(hou)度(du)覆盖层。

3、原铁液含硫量高

硫(liu)是主(zhu)要反(fan)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)元(yuan)素,含硫(liu)量高会严(yan)重影响(xiang)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)质量,当(dang)原铁(tie)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)wS>0.06%时,即(ji)便(bian)是加入(ru)较多的(de)(de)(de)(de)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji),也很难得到(dao)合格的(de)(de)(de)(de)球(qiu)(qiu)(qiu)墨铸铁(tie)质量。在球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)处理过程中(zhong)(zhong),球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)Mg,首先(xian)与铁(tie)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)S起(qi)化(hua)(hua)学反(fan)应,生成MgS的(de)(de)(de)(de)熔渣,剩余的(de)(de)(de)(de)Mg才(cai)起(qi)到(dao)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)作(zuo)用,RE同样如此。由于球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)元(yuan)素少,所以影响(xiang)了球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)质量。铁(tie)液(ye)含硫(liu)量高,即(ji)便(bian)加入(ru)大量的(de)(de)(de)(de)球(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)(hua)剂(ji)(ji),如果(guo)浇注时间过长,扒渣不净,还会发生“返硫(liu)”现象,影响(xiang)浇注到(dao)后(hou)期的(de)(de)(de)(de)铸件质量。原铁(tie)液(ye)中(zhong)(zhong)硫(liu)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要来源(yuan)是:使用了含硫(liu)量高的(de)(de)(de)(de)焦炭或新(xin)生铁(tie)。

防止措施:使(shi)用含硫(liu)(liu)量(liang)低(di)的生铁及(ji)回炉料(liao)和焦炭(tan)(tan);掌握(wo)好球化(hua)剂加(jia)(jia)入(ru)量(liang)与原(yuan)铁液(ye)含硫(liu)(liu)量(liang)的关系;炉前及(ji)球化(hua)处(chu)理过程中采取(qu)脱硫(liu)(liu)措施(往焦炭(tan)(tan)上喷洒石灰水、电炉脱硫(liu)(liu)较为容(rong)易、球化(hua)包内加(jia)(jia)入(ru)碱(jian)面或烧(shao)碱(jian))。

随炉料代入的(de)球(qiu)化(hua)(hua)干(gan)扰元(yuan)素过(guo)高,如Ti、Sb、As、Pb、Al、Sn等。稀土元(yuan)素虽(sui)有一定的(de)消弱或(huo)抵消反球(qiu)化(hua)(hua)干(gan)扰元(yuan)素的(de)能(neng)力,但铁(tie)(tie)液中(zhong)含(han)干(gan)扰元(yuan)素太多(duo),仍会(hui)恶化(hua)(hua)石墨(mo)球(qiu)形状(畸形石墨(mo));即便(bian)球(qiu)化(hua)(hua),球(qiu)墨(mo)铸(zhu)铁(tie)(tie)材(cai)质(zhi)的(de)物理性能(neng)也会(hui)趋向(xiang)很脆。因此,在生(sheng)产QT400—18以及抗低温(wen)球(qiu)墨(mo)铸(zhu)铁(tie)(tie)时(shi),要选用(yong)高纯生(sheng)铁(tie)(tie)。

4、接铁液浇包放置不当

出铁(tie)时铁(tie)液(ye)直(zhi)接冲(chong)(chong)到压在凹坑里的球化(hua)剂上(shang),不仅把(ba)覆盖物冲(chong)(chong)跑(pao),而且使合金(jin)块直(zhi)接受到高(gao)温(wen)铁(tie)液(ye)的冲(chong)(chong)击(ji),或过早熔化(hua)激烈反应,或迅速漂浮至(zhi)铁(tie)液(ye)表面(mian),在铁(tie)液(ye)表面(mian)熔化(hua)烧损被空气吸收,减低了铁(tie)液(ye)对Mg的吸收率。

防止措施:放(fang)置好铁液(ye)包(bao)的位(wei)置,避免铁液(ye)直接冲(chong)击到合(he)金(jin)(jin)(jin)上,让铁液(ye)平稳、快速(su)的淹(yan)没合(he)金(jin)(jin)(jin)并瞬时达(da)到一定的深度,延(yan)长合(he)金(jin)(jin)(jin)上浮(fu)的路程,便于合(he)金(jin)(jin)(jin)充分(fen)被铁液(ye)吸收。

5、开始出铁液慢

如果开始出铁液(ye)(ye)过于缓慢,液(ye)(ye)面(mian)在(zai)包内上(shang)升的速(su)度慢,当铁液(ye)(ye)淹(yan)没(mei)合(he)金后,表(biao)层(ceng)部分(fen)合(he)金就开始熔(rong)化(hua)反应,并接(jie)着上(shang)浮,由于合(he)金表(biao)面(mian)与铁液(ye)(ye)表(biao)面(mian)距离短,合(he)金没(mei)来得及(ji)熔(rong)化(hua)就大量的漂(piao)浮于铁液(ye)(ye)表(biao)面(mian),Mg在(zai)铁液(ye)(ye)表(biao)面(mian)熔(rong)化(hua)烧损(sun)(sun)被空气吸收而损(sun)(sun)耗掉,降低了(le)铁液(ye)(ye)对(dui)Mg的吸收率。

防止措施:对于冲天炉(lu)来(lai)讲前(qian)炉(lu)缸内要存有充分的铁(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye),出(chu)铁(tie)(tie)前(qian)首先把堵塞出(chu)铁(tie)(tie)口周围的泥(ni)巴铲净(jing),出(chu)铁(tie)(tie)时(shi)快(kuai)速(su)打开出(chu)铁(tie)(tie)口,让铁(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)很快(kuai)达到铁(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)包容量(liang)深(shen)度的2/3(即一定深(shen)度),此时(shi)的球(qiu)化(hua)反应,由于合金(jin)表面距离液(ye)(ye)(ye)面距离大,合金(jin)在(zai)铁(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)里上浮(fu)时(shi),经过的路(lu)程长,合金(jin)边(bian)上浮(fu)、边(bian)熔(rong)化(hua)、边(bian)被铁(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)充分吸收,球(qiu)化(hua)剂中的球(qiu)化(hua)元素Mg的吸收率高(gao),球(qiu)墨铸(zhu)铁(tie)(tie)质量(liang)好(hao)。电(dian)炉(lu)出(chu)铁(tie)(tie)更为(wei)方(fang)便,开始快(kuai)速(su)出(chu)炉(lu),当(dang)反应剧(ju)烈时(shi)慢速(su)出(chu)铁(tie)(tie)或停止出(chu)铁(tie)(tie),在(zai)反应平稳时(shi)继续出(chu)铁(tie)(tie)至要求量(liang),如果反应平稳,尽可能先快(kuai)后慢(中间不停)的一次出(chu)完(wan)。

6、装加球化剂过早或堤坝凹坑内铁液未倒净

浇(jiao)注后,红热(re)的浇(jiao)包底部,温度(du)高(gao)于(yu)900℃。如(ru)果(guo)马上装球化(hua)剂,Mg、RE在高(gao)温的烘烤下损耗一部分(有冒(mao)烟现象);若堤坝凹坑内铁(tie)液(ye)未倒(dao)净,Mg的损耗更多(duo);另外过热(re)的预热(re)温度(du)也会促使(shi)球化(hua)剂的过早熔化(hua)。

防止(zhi)措施:让浇(jiao)(jiao)包冷却(que)降温一段时(shi)(shi)间,在出铁液之前装球化 剂,同时(shi)(shi),浇(jiao)(jiao)注后(hou)及时(shi)(shi)把浇(jiao)(jiao)包内剩余的(de)铁液倒干净(jing),并(bing)把包内的(de)熔渣(zha)扒干净(jing)。

7、球化铁液温度过低

球(qiu)(qiu)化(hua)铁(tie)液(ye)(ye)温(wen)(wen)度(du)低于1390℃时,合(he)金(jin)不(bu)易熔(rong)化(hua),球(qiu)(qiu)化(hua)反应不(bu)完全,球(qiu)(qiu)化(hua)级别难以达到要求。球(qiu)(qiu)化(hua)剂在上浮过程中(zhong),由于铁(tie)液(ye)(ye)温(wen)(wen)度(du)低,不(bu)能迅速地把球(qiu)(qiu)化(hua)剂熔(rong)化(hua)吸(xi)收,致使球(qiu)(qiu)化(hua)剂上浮到铁(tie)液(ye)(ye)液(ye)(ye)面熔(rong)化(hua)燃烧(shao)。

8、球化铁液温度过高

球化(hua)铁(tie)(tie)液温度(du)(du)过高(gao)(gao)(gao),覆(fu)盖剂以及球化(hua)剂熔(rong)化(hua)速度(du)(du)过快,由(you)于(yu)(yu)纯Mg的(de)密(mi)度(du)(du)为1.74g/㎝3,熔(rong)点651℃,沸(fei)点1105℃,即便是由(you)于(yu)(yu)Mg与(yu)Si化(hua)合(he)提高(gao)(gao)(gao)了(le)合(he)金的(de)熔(rong)点,但也低于(yu)(yu)1400℃,更(geng)何况(kuang)球化(hua)温度(du)(du)常在1490~1520℃,有(you)的(de)可能会更(geng)高(gao)(gao)(gao)一些。根(gen)据铸件的(de)大小(xiao)和铸件壁的(de)厚薄,确实需要提高(gao)(gao)(gao)球化(hua)温度(du)(du)时,也要采取相对“低温处理高(gao)(gao)(gao)温浇注”的(de)措施。另外,铁(tie)(tie)液温度(du)(du)过高(gao)(gao)(gao),铁(tie)(tie)液往往氧化(hua)严重,由(you)于(yu)(yu)Mg和RE易与(yu)氧化(hua)物(wu)产生(sheng)化(hua)合(he)反应,高(gao)(gao)(gao)温使(shi)得Mg、 RE的(de)大量损(sun)耗和蒸(zheng)发,降(jiang)低了(le)吸收率(lv)。